农业机械学报

作者：王剑，刘正亮，王夺，陈瑞，王秀礼

单位：江苏大学,江苏大学,江苏大学,江苏大学,江苏大学,

关键词：地下滴灌;微纳米气泡;溶解氧;工况优化

基金：江苏省农业科技自主创新项目(CX(21)3078)和国家自然科学基金项目(51709130)

加气滴灌能有效提高水肥利用效率和作物产量,在加气系统中形成大量均匀的微纳米气泡,并提高灌溉水中溶解氧浓度,是加气滴灌长距离水气均匀传输的关键。基于旋流剪切破碎原理设计了一种微纳米气泡发生器并优化其工作参数。通过单因素试验分析、高速摄影技术和溶氧检测试验,研究了系统运行压力和进气量对气泡特征(直径、数量和均匀度)和溶氧量的影响,最终结合响应面优化试验,确定装置最优加气效果下的运行压力与进气量组合,结果表明:压力控制在300~400kPa内,生成的气泡和溶氧效果相较其他压力工况下更好。在进气量1%~5%内,采用1%进气量时小气泡的直径分布最佳、平均直径最小,而5%进气量下装置生成气泡速率更快。5%以上的大进气量会使装备停止运行后60μm以下的小气泡数量偏少,并显著增大微气泡的平均直径,缩短气泡持续时间。同时,溶氧试验表明,增加进气量能显著提高溶氧效率以及最终氧含量。通过响应优化求解,得出装置以压力350kPa和进气量2%的工况运行,能够以最低能耗达到最优加气效果。此工况下,装置最终生成小气泡直径d32为68.6μm,增氧速率约0.81mg/(L·min),溶氧稳定后溶氧量变化量为1.08mg/L,气泡维持时间可达323s。

来源：2025年第2期

《农业机械学报》期刊编辑部

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